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西南石油大學Mingshan Wang課題組--S和N共摻雜石墨烯限制SnS納米片生長以具有增強的贗電容并用于鈉離子電容器
      層狀單硫化錫(SnS)由于其1020 mA h/g的高理論容量而成為鈉離子電池的有希望的負極材料。其較大的層間距允許快速的鈉離子傳輸,使其成為鈉離子電容器(SICs)的可行候選者。在這項工作中,我們設計和合成了在水熱生長過程中,通過靜電自組裝作用,在聚二烯丙基二甲基氯化銨存在下,限制在石墨烯中定向生長的SnS納米片。沿(100)和(010)方向生長的SnS納米片由于石墨烯的限制而受到抑制,石墨烯的厚度和粒徑較小。由于Sn4+-O的存在,這些納米結構暴露出大量開放的邊緣,而Sn4+-O提供了豐富的活性位點和易于Na+運輸的途徑。在這些邊緣處形成的空位以及石墨結構中的S和N共摻雜物可協同促進Na+表面的吸附/解吸。這種具有由N、S共摻雜石墨烯限制的SnS納米片復合材料表現出明顯增強的贗電容。SICs在101和11100 W/kg的功率密度下分別提供113和54 Wh/kg的出色能量密度,在1 A/g下經過2000次循環后的容量保持率為76%。
 
Figure 1. 制備SnS/rGO復合材料的示意圖
 

Figure 2. (a,e)分別為SnS和SnS/rGO的SEM圖像;(b,c)SnS的TEM圖像;(d)傅立葉變換模式;(f-h)SnS/rGO的TEM圖像;(i)SnS/rGO的工作原理示意圖;(j)(040)晶面間距測試;(k,l)沿(l00)和(00l)區域軸以及插入的(002)(紅色平面)和(040)(藍色平面)平面觀察的二維SnS結構的示意圖
 

Figure 3. (a)SnS/rGO的CV曲線;(b)0.1 A/g下,最初三個循環中,SnS/rGO的恒電流放電/充電曲線;(c)SnS和SnS/rGO在0.5 A/g時的循環性能;(d)不同電流密度下SnS/rGO和SnS的倍率性能
 

Figure 4. (a)不同周期后SnS/rGO和(b)SnS的奈奎斯特圖;(c)不同周期后SnS/rGO和SnS的Re;(d)不同周期后SnS/rGO和SnS的Rf+Rct;(e,f)SnS/rGO和SnS在不同循環后Z'對ω-1/2的電阻
 

Figure 5.不同掃描速率下,SIB中(a)SnS/rGO和(b)SnS負極的CV曲線;(c,d)分別由SnS/rGO和SnS的log i和logυ擬合的b值;(e)在7 mV/s時,SnS/rGO的電容性和擴散性貢獻;(f)SnS/rGO電容貢獻的百分比
 

Figure 6. (a)AC//SnS/rGO SICs在不同電勢窗口下的CV曲線;(b)AC//SnS/rGO SIC設備的時間-電壓曲線;(c)AC//SnS/rGO SIC設備在不同電流密度下的倍率性能;(d)AC//SnS/rGO SIC設備的長期循環穩定性;(e)與以前的研究相比,SICs的Ragone圖
 
     相關研究成果于2019年由西南石油大學Mingshan Wang課題組,發表在ACS Appl. Mater. Interfaces(DOI: 10.1021/acsami.9b14098)上。原文:SnS Nanosheets Confined Growth by S and N Codoped Graphene with Enhanced Pseudocapacitance for Sodium-Ion Capacitors。
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